KR20000073427A - 반도체 종형로설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체장치 제조용 종형로설비에 관한 것이다.

본 발명의 종형로설비는, 공정이 이루어지는 튜브, 상기 튜브에 열을 전달하는 히터벽체, 상기 튜브에 소오스 가스를 공급하는 가스 노즐, 상기 튜브의 반응기체를 방출할 수 있도록 형성된 배기구, 웨이퍼를 적재하여 상기 튜브내로 옮겨주는 보트 및 상기 보트가 튜브로 진입하기 전에 외부에서 공급된 웨이퍼를 상기 보트로 옮기는 공간이 되며 웨이퍼를 옮기는 장치가 마련되어 있는 로드록 챔버를 구비하여 이루어지는 반도체장치 제조용 종형로설비에 있어서, 상기 튜브 내면 벽체에 가스의 흐름을 유도할 수 있는 홈이나 날개핀이 형성된 것을 특징으로 한다.

따라서 소오스 가스의 사용효율을 높이고 막 형성공정에서의 균일성을 높일 수 있다.

Description

반도체 종형로설비{Vertical furnace machine for semiconductor devices fabrication}

본 발명은 반도체장치 제조에 사용되는 LPCVD용 종형로설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼에 형성막의 균일성을 높일 수 있도록 형성되는 반도체 LPCVD 공정용 종형로설비에 관한 것이다.

반도체장치의 제조공정에서는 소자 형성을 위한 여러 가지 물질막을 형성하고 패턴닝하기 위해 다양한 공정이 다양한 환경에서 이루어지게 된다. 이들 공정 가운데 상당 부분이 고온에서 이루어지고 이러한 고온 환경을 부여하기 위해 몇 가지 형태의 가열방법이 사용된다.

그 가운데에는 히터 벽체 내부 공간에 석영의 튜브를 설치하고 이 튜브 내에 웨이퍼를 넣어 고온의 공정 환경을 만들어주는 경우가 있다. 흔히 이런 형태를 로(Furnace)형 설비라 한다. 일반적으로 이런 로설비에는 대량의 웨이퍼가 한꺼번에 적재도구에 실려 공정 공간에 투입되는 배치방식을 사용하게 되며, 반도체장치 제조공정상 열산화막을 형성하거나, 주입된 원소를 확산시키는 확산로로 많이 사용되었다.

이러한 로형 설비 가운데 현재 많이 사용되는 것으로 종형로(縱形爐:vertical type furnace) 설비가 있다. 여기서는 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapour Deposition) 공정이 주로 이루어진다. LPCVD는 고온 진공 분위기에서 공간 내로 소오스 가스를 투입하면 투입된 가스는 서로 반응하여 반응물질을 형성하면서 동시에 진공 공간에서 확산되어 그 과정 속에서 웨이퍼상에 막으로 적층되는 현상을 이용한 것이다.

웨이퍼를 석영 튜브 내로 옮겨서 공정을 진행하기 위해서는 보트라는 웨이퍼 적재장치가 사용된다. 보트는 주로 석영재질로 만들어지며 상하방향으로 형성된 복수개의 지지 로드에 슬릿이라고 불리는 다수의 홈을 형성하고 이 홈에 직접 웨이퍼를 끼우거나 혹은 홈에 판재를 끼운후 이 지지판재 위에 웨이퍼를 얹어서 공정을 진행할 수 있도록 만들어진다. LPCVD 공정을 통해 웨이퍼에 막형성이 균일하게 이루어지도록 하기 위해서는 공정 공간 즉, 튜브에 투입된 소오스 가스들이 반응하면서 고르게 확산되어 나가야 하므로 보트는 측면이 벽체로 막히지 않는 것이 바람직하다. 이 경우 가스가 보트의 슬릿에 놓인 웨이퍼 사이사이로 흘러가면서 웨이퍼 상에 자연스럽게 증착막을 형성하게 된다.

도1은 일반적인 종형로 LPCVD 설비의 구조를 개략적으로 나타내는 측단면도이다. 웨이퍼는 수직으로 형성되는 보트(10)의 슬릿(12) 사이에 위치하고 보트는 아래에 설치된 로드록 챔버에서 웨이퍼를 적재하여 수직으로 움직이는 엘리베이터에 의해 로 내부로 투입된다. 로드록 챔버에서는 트랜스퍼 장치를 이용하여 웨이퍼 보트에 웨이퍼를 적재하나 반출하게 된다. 트랜스퍼는 웨이퍼를 얹어서 옮기는 역할을 하는 보통 5매 1조로 된 포크(fork)로 되어 있고 포크 좌우로는 포크가 웨이퍼를 정확히 적재했는가를 확인할 수 있도록 웨이퍼 확인용 센서가 설치된 경우가 많다. 센서는 외부에서 투입된 웨이퍼 박스에서 웨이퍼를 일정 갯수씩 얹어서 이동시켜 보트에 적재시키는 과정에서 웨이퍼가 포크에 잘 적재되었는지를 확인하게 되며 보통 수/발광부를 포함하는 광센서로 이루어진다.

로는 가장 안쪽의 실린더형으로 된 내측 튜브(14), 그 바깥 쪽에 설치된 그리고 실린더 위쪽이 돔형으로 폐쇄된 형태의 외측 튜브(16) 및 외측 튜브 외측의 히터(18)로 되어 있다. 튜브는 주로 석영재질로 이루어지며 히터의 열이 복사와 전도로 튜브를 통해 보트에 적재된 웨이퍼 및 튜브 내부 공간에 미치게 된다.

튜브 하부의 한 편에는 소오스 가스 투입을 위해 인입된 분사 노즐(20)이 있다. 그리고 다른 한 편에는 분사 노즐에서 나와 내측 튜브에서 위로 확산된 다음 내측 튜브 외측과 외측 튜브 사이의 공간을 따라 아래 방향으로 확산되어 내려간 반응물이나 미반응된 가스들을 배기시킬 수 있도록 외측 튜브쪽 공간에 형성하는 배기구(22)가 있다. 배기구는 관형으로 외부로 돌출되어 있으며 말단에는 플랜지(24)를 형성하여 배기라인(26)과 연결을 쉽게 하고 있다.

배기라인(26)에는 공정이 이루어지는 로 내부를 진공으로 형성하고, 반응물이나 미반응 가스를 배출하기 위한 진공펌프가 설치된다. 기타 부수적으로 로의 온도를 측정하기 위한 열전대 온도계 등도 함께 설치될 수 있다.

이러한 종형로설비는 배치타입 장비이므로 웨이퍼가 놓이는 위치에 따라 웨이퍼들 사이의 공정결과가 다를 수 있고 또한 튜브의 설계 등이 완전한 대칭구조에서 소오스 가스 투입 등이 이루어지는 것이 아니므로 동일한 웨이퍼 내에서도 LPCVD 공정의 경우 형성막의 두께가 다를 수 있다. 웨이퍼의 대구경화는 웨이퍼 내에서 형성되는 CVD 막의 균일성을 더욱 저해할 가능성을 높이고 있다. 그럼에도 불구하고 반도체장치의 고집적화 경향에 따라 각 공정의 허용 마진은 더욱 줄어들고 있으며 이는 CVD 막 형성같은 공정에서도 막이 더욱 균일하게 형성되어야 한다는 것을 요구하고 있다.

그러나 공정의 온도나 압력, 소오스 가스의 투입량 같은 조건의 변화를 통해 이룰 수 있는 공정 균일성 정도는 크게 향상될 수 없는 단계에 있으므로 기존의 장비들에서는 장비의 구성측면에서 이러한 웨이퍼간 혹은 웨이퍼내 공정 균일성의 확보를 위해 여러가지 요인들에 대한 고려가 이루어지고 있다.

가령, LPCVD 공정을 진행할 경우 소오스 가스의 투입구 위치를 상중하로 나누어 분포시키거나 튜브에 방사상으로 배치를 하는 방법, 보트의 위치나 보트 내에서의 웨이퍼 적재 위치를 조절하는 방법, 더미 웨이퍼나 보조 플레이트를 사용하는 방법 등을 생각할 수 있다. 또한 튜브에 투입되면서 웨이퍼를 적재하고 있는 보트의 구조를 통해서도 웨이퍼에 형성되는 CVD 막의 균일성을 확보하려는 노력이 이루어진다. 현재 사용되는 커버 보트나 링 보트도 보트내에 적재된 웨이퍼 주변을 흐르는 소오스 가스의 기류 흐름을 고려하여 제작되는 것이다.

그러나 진공분위기의 튜브에서 노즐을 떠난 소오스 가스의 흐름은 튜브내의 물체들의 배치에 의해 큰 영향을 받지만 위치에 따른 정확한 선형적인 관계를 보이는 것도 아니기 때문에 이를 정확히 콘트롤하여 웨이퍼에 형성되는 막의 균일성을 확보하기는 어려운 점이 많았고 소오스 가스의 전체적인 흐름에 영향을 줄 수 있는 종형로설비의 튜브가 단순한 실린더형 구조로 되어 있으므로 가스들이 충분히 튜브 내에서 머무르지 못하고 미반응 상태로 배기구로 빠져나가는 경향이 많았다.

본 발명은 이상에서 살펴본 CVD 막 형성 공정에서의 막 균일성 확보의 어려움을 해결하기 위한 하나의 방안으로서 변경된 튜브의 구조를 통해 CVD 공정막의 균일성을 향상시킬 수 있는 반도체장치 제조용 종형로설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 종래의 종형로 LPCVD 설비의 구조를 개략적으로 나타내는 측단면도이다.

도2는 본 발명의 일 실시예로 종형로설비 튜브 내벽에 나선형으로 길게 홈을 설치한 상태를 나타낸다.

도3은 본 발명의 다른 실시예로서, 나선형 홈에 부분적으로 날개핀을 형성한 상태를 나타내는 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 보트 12: 슬릿

14: 내측 튜브 16: 외측 튜브

18: 히터 20: 분사 노즐

22: 배기구 24: 플랜지

26: 배기라인 30: 홈

32: 날개핀

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체장치 제조용 종형로설비는 공정이 이루어지는 튜브, 상기 튜브에 열을 전달하는 히터벽체, 상기 튜브에 소오스 가스를 공급하는 가스 노즐, 상기 튜브의 반응기체를 방출할 수 있도록 형성된 배기구, 웨이퍼를 적재하여 상기 튜브내로 옮겨주는 보트 및 상기 보트가 튜브로 진입하기 전에 외부에서 공급된 웨이퍼를 상기 보트로 옮기는 공간이 되며 웨이퍼를 옮기는 장치가 마련되어 있는 로드록 챔버를 구비하여 이루어지는 반도체장치 제조용 종형로설비에 있어서, 상기 튜브 내면 벽체에 가스의 흐름을 유도할 수 있는 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 홈이 담당하는 작용은, 종형로설비 튜브 내의 구성이 노즐의 위치나 배출구 등을 볼 때 비대칭적인 것을 고려하여 방사상으로 대칭성을 갖게 하는 것과 튜브내의 가스 흐름이 웨이퍼상에서 충분한 반응과 막형성이 이루어질 정도의 시간을 갖게 하는 것이 되면 바람직할 것이다.

그리고 본 발명의 홈에는 튜브의 공간이 허락하는 한도 내에서 가스의 흐름을 유도할 수 있는 날개핀을 부착하여 작용을 강화시킬 수도 있을 것이다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명의 일 실시예로 종형로설비 튜브 내벽에 나선형으로 길게 홈(30)을 설치한 상태를 나타낸다. 이런 실시예에서 홈(30)은 튜브 내벽에 설치된 상태에서 소오스 가스의 흐름에 일종의 장애물이 되며 따라서 가스가 튜브에 잔류하는 시간을 길게하는 역할을 할 수 있다. 또한 홈(30)은 연속하여 나선을 이루고 있으므로 가스의 흐름을 유도하면서 튜브 주위를 돌게 하고, 그 결과로 가스를 일방적인 흐름에서 방사상의 대칭 구조에 의한 다양한 방향으로의 확산을 초래하여 웨이퍼내의 형성막 균일성에 기여할 수 있게 된다.

도3은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도2와 같은 형태의 나선형 홈에 부분적으로 날개핀(32)을 형성하여 부분적으로 튜브내 가스의 흐름을 강화시키고 있다. 소오스 가스의 확산은 비선형적인 측면이 많으므로 개개의 장비에서 가공된 공정 웨이퍼를 통해 CVD막의 형성상태를 파악하고 그 결과를 통계적으로 처리하여 필요한 일부분에 가스의 흐름을 강화시키게 되는 것이다. 날개핀(32)의 너비는 필요에 따라 조절하여 설치할 수 있을 것이다.

본 발명은 튜브 내벽에 형성된 홈(30)이나 날개핀(32)에 더하여 이들을 따라 다수의 가스 분사공을 형성한 가스 파이프를 설치할 수도 있고, 웨이퍼에 형성되는 막의 두께에 따라 이러한 분사공의 위치와 크기 설치밀도 등을 바꿀 수도 있을 것이다. 이들은 튜브내의 가스 분포를 고르게 하는데 이용될 수 있고 각각 기류에 대한 저항으로 작용할 수 있다. 그리고 파이프를 설치하여 소오스 가스를 투입하는 경우 이 파이프는 기존의 튜브 하부에 형성된 가스 투입용 노즐을 대체할 수도 있으나 부가적으로 사용할 수도 있다.

본 발명에 따르면 종형로설비의 튜브내 구성을 변화시켜 가스의 흐름을 다르게 하고 그 과정에서 가스의 전체적 흐름 속도를 줄여 소오스 가스의 반응 효율을 좋게 한다. 또한, 튜브내에서의 가스의 분포 압력을 대칭형으로 보다 고르게 하여 웨이퍼 생성막의 균일성을 높일 수 있으며, 튜브 벽에 형성되는 홈의 분포 또는 홈에 설치된 날개핀의 두께 등을 조절하여 부분적인 공정결과 이상을 통계적인 기법을 이용하여 탄력적으로 수정할 수도 있게 한다.

이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 주로 설명하였으나 본 발명 기술사상의 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

1. 공정이 이루어지는 튜브, 상기 튜브에 열을 전달하는 히터벽체, 상기 튜브에 소오스 가스를 공급하는 가스 노즐, 상기 튜브의 반응기체를 방출할 수 있도록 형성된 배기구, 웨이퍼를 적재하여 상기 튜브내로 옮겨주는 보트 및 상기 보트가 튜브로 진입하기 전에 외부에서 공급된 웨이퍼를 상기 보트로 옮기는 공간이 되며 웨이퍼를 옮기는 장치가 마련되어 있는 로드록 챔버를 구비하여 이루어지는 반도체장치 제조용 종형로설비에 있어서, 상기 튜브 내면 벽체에 가스의 흐름을 유도할 수 있는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 종형로설비는.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 홈은 상기 튜브의 둘레를 따라 나선형으로 길게 형성된 것임을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 종형로설비.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 홈에는 가스의 흐름을 유도할 수 있는 날개핀을 부착하여 작용을 강화시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 종형로설비.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 홈과 함께 소오스 가스 공급을 위한 다수의 분사공을 형성한 파이프를 설치하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제조용 종형로설비.